大功率直流高压电源的工作原理
直流电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置,它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。四个环节的工作原理如下:
1)直流高压电源变压器:是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。
2)直流电源整流滤波电路:整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分,输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
3)直流电源滤波电路:可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足RL-C=(3~5)T/2,或中T为输入交流信号周期,RL为整流滤波电路的等效负载电阻。
4)直流电源稳压电路:稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有CW317(LM317)系列,它们的输出电压从1.25V-37伏可调,电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护,大到输出电流为1.5A。其典型电路,其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器,输出电压Uo的表达式为:Uo=1.25(1+R2/R1)式中R1一般取120-240欧姆,输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压(典型值为1.25V)。
大功率直流高压电源的应用
直流稳压电源是电子技术领域不可缺少的设备,常见的直流稳压电源,大都采用串联式反馈式稳压原理,通过调整输出端取样电阻支路中的电位器来调整输出电压。由于电位器阻值变化的非线性和调整范围窄,使普通直流稳压电源难以实现输出电压的准确调整。
大功率直流高压电源的前景
近几年随着科技的发展,直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千,但是和西方的发达国家还是有一定的差距;以美国为主导的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析等等方面技术领先;因此,直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也从在很大的差距。量值上近似地等于电源两极间的电位差或电压。
为了取得较高的直流电压,常将直流电源串联使用,这时总电动势为各电源的电动势之和,总内阻也为各电源内电阻之和。由于内阻增大,一般只能用于所需电流强度较小的电路。为了取得较大的电流强度,可以将等电动势的直流电源并联使用,这时总电动势即为单个电源的电动势,总内阻为各电源内电阻的并联值。
直流电源的类型很多,不同类型的直流电源中,非静电力的性质不同,能量转换的过程也不同。在化学电池(例如干电池、蓄电池等)中,非静电力是与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用,化学电池放电时,化学能转化为电能和焦耳热在温差电源(例如金属温差电偶、半导体温差电偶)中,非静电力是与温度差和电子的浓度差相联系的扩散作用,温差电源向外电路提供功率时,热能部分地转化为电能。在直流发电机中,非静电力是电磁感应作用,直流发电机供电时,机械能转化为电能与焦耳热。在光电池中,非静电力是光生伏打效应的作用,光电池供电时,光能转化为电能和焦耳热。
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